Wie und wo werden die größten Diamanten der Welt angebaut?

Die größten und hochwertigsten künstlichen Diamanten werden heute in der Nähe von Sestroretsk in der Nähe von St. Petersburg angebaut. Wir werden in unserer heutigen Veröffentlichung über die russische Firma NDT sprechen und darüber, wie die besten Freunde von Mädchen geboren werden.



Das Hong Kong International Gemological Institute (IGI) des russischen Unternehmens New Diamond Technology (NDT) hat ein Zertifikat für einen rekordverdächtigen synthetischen Diamanten mit einem Gewicht von 10,02 Karat, Farbe E und Reinheit VS1 ausgestellt. Edelsteine ​​mit solchen Eigenschaften für die Schmuckwelt sind ein triviales Phänomen, aber ein Kunststein, der aus einem synthetischen Diamanten von 32 Karat geschnitten wurde, ist ein Ereignis für den Markt für synthetische Diamanten und ein einzigartiges Ereignis.



Die Produktion, auf der ein Schallplattenkristall gezüchtet werden konnte, konzentriert sich in einer kleinen Werkstatt in einem der Technologieparks bei Sestroretsk. Die Kapazitäten des Unternehmens werden durch mehr als drei Dutzend hydraulische Pressen begrenzt, in denen bei hohen Temperaturen und Drücken Mikrometer für Mikrometer Diamanten von höchster Qualität wachsen. Auf den Bedienfeldern der Steuerungen für jede Presse werden die aktuellen Parameter angezeigt. „Die allgemeinen Prinzipien der Diamantsynthese sind bekannt und werden seit mehr als einem halben Jahrhundert in der Industrie angewendet. Die Details der Synthesemodi gehören jedoch zum Know-how unseres Unternehmens “, sagte Produktionsleiter Roman Kolyadin. "... Präzisionsklimaanlagen halten in der Werkstatt ein Mikroklima mit einer Genauigkeit von Zehntel Grad aufrecht. Darüber hinaus kann bereits ein geringer Luftzug zu einer unerwünschten Abweichung im Temperaturbereich führen.Dies kann die Qualität von Diamanten erheblich beeinträchtigen “, fügt der Spezialist hinzu.



Ein kurzer Ausflug in die Geschichte

Die ersten Versuche, künstlichen Diamanten zu synthetisieren, wurden Ende des 18. Jahrhunderts unternommen, als die Wissenschaftler zu dem endgültigen Schluss kamen, dass Kohlenstoff die Grundlage für Diamant ist. Seit dem Ende des 19. Jahrhunderts haben Wissenschaftler versucht, billige und erschwingliche Formen von Kohlenstoff (Kohle oder Graphit) in einen harten und glänzenden Diamanten umzuwandeln. Viele, darunter bekannte Wissenschaftler, darunter der französische Chemiker Henri Moissan und der britische Physiker William Crookes, haben Erfolgserklärungen abgegeben. Etwas später stellte sich heraus, dass keiner von ihnen echte Beweise für das Ergebnis liefern konnte. Der erste künstliche Diamant, der der Welt vorgestellt wurde, wurde 1954 im Labor von General Electric erhalten.

Interessanterweise wurden sie bei der Herstellung von synthetischem Diamant bei GE von der "Technologie" geleitet, die die Natur selbst verwendet. Wie die Experten argumentierten, werden natürliche Diamanten bei einer Temperatur von ungefähr 1300 ° C und einem Druck von ungefähr 50.000 atm gebildet. in der Dicke des Erdmantels in einer Tiefe von Hunderten von Kilometern unter der Erdoberfläche. Lamproite, Kimberlite und andere magmatische Gesteine ​​tragen Kristalle an die Oberfläche. Um die beschriebenen Bedingungen unter Laborbedingungen zu simulieren, verwendeten GE-Spezialisten eine Presse, die eine Zelle zusammendrückte, in die Graphit und eine Eisen-Nickel-Kobalt-Schmelze eingebracht wurden, die als Katalysator und Lösungsmittel fungierte.

GE-Experten nannten ihre Technologie HPHT (High Pressure High Temperature). Im Laufe der Zeit wurde sie als Grundlage für die Gewinnung kostengünstiger technischer Diamanten und Diamantpulver herangezogen.

Wie Diamanten heute angebaut werden Die

industrielle Produktion von synthetischen Diamanten basiert heute hauptsächlich auf einer von zwei Technologien - der oben genannten HPHT-Technologie und der CVD-Technologie. Weniger verbreitet sind exotische Techniken wie die Synthese von Diamant-Nanokristallen aus Graphit bei einer Explosion oder das experimentelle Verfahren zur Herstellung von Mikron-Diamanten aus einer Suspension von Graphitpartikeln in organischen Lösungsmitteln unter dem Einfluss von Ultraschallkavitation.

HPHT

Die Technologie reduziert sich auf den Prozess des Züchtens von Diamant-Einkristallen bei hoher Temperatur (ca. 1500 ° C, mit dem gewünschten Gradienten) und hohem Druck (50–70.000 atm). Eine hydraulische Presse komprimiert einen speziellen Behälter, in dem sich eine Metallschmelze (Eisen, Nickel, Kobalt usw.) und Graphit befinden. Auf das Substrat werden ein oder mehrere Samen gelegt - kleine Diamantkristalle. Ein elektrischer Strom fließt durch die Kammer und erwärmt die Schmelze auf die gewünschte Temperatur. Unter diesen Bedingungen dient das Metall als Lösungsmittel und Katalysator für die Kristallisation von Kohlenstoff auf dem Keim in Form von Diamant. Der Prozess des Wachstums eines großen oder mehrerer kleinerer Kristalle dauert durchschnittlich 12-13 Tage.



Die industrielle Produktion von künstlichen Diamanten und Diamantstaub erreicht heute Milliarden Karat pro Jahr. In den 1970er Jahren lernten sie mithilfe der HPHT-Technologie auch die Herstellung von Schmucksteinen mittlerer Qualität mit einem Gewicht von bis zu 1 Karat.

CVD

Seit den 1960er Jahren entwickeln führende Labors der Welt eine alternative, kostengünstigere Diamantsynthesetechnologie - CVD (Chemical Vapour Deposition, Gas Vapor Deposition). Bei der Synthese werden Diamanten auf einem Substrat abgeschieden, das aus Kohlenwasserstoffgas, das mit Mikrowellenstrahlung ionisiert oder auf hohe Temperaturen erhitzt wird, auf 600–700 ° C erhitzt wird. Bei der Abscheidung auf Silizium oder polykristallinem Diamant wird ein polykristalliner Wafer erhalten, der in der Elektronik und Optik nur begrenzt eingesetzt werden kann. Die Wachstumsrate beträgt 0,1 bis 100 μm / h. Die Dicke der Platten ist normalerweise auf 2-3 mm begrenzt, so dass daraus geschnittene Diamanten als Schmuck verwendet werden können, ihre Größe jedoch in der Regel 1 Karat nicht überschreitet.



Die Fähigkeiten dieser Synthesemethode in den frühen 2000er Jahren erregten sowohl bei kleinen Startups als auch bei großen Unternehmen wie Element Six, einem Mitglied der De Beers-Industriegruppe, große Aufmerksamkeit.



Das Potenzial der HPHT-Methode wurde bis vor kurzem stark unterschätzt. „Als wir vor einigen Jahren Geräte kauften, sagten wir alle einstimmig, dass Industriepressen nur für die Synthese von Diamantpulvern geeignet sind“, sagt Nikolai Khikhinashvili. Alle Aufmerksamkeit und Ressourcen konzentrierten sich hauptsächlich auf die Verbesserung der CVD-Methode. Gleichzeitig wurde die HPHT-Technologie als Nische angesehen, da die überwiegende Mehrheit der Spezialisten einfach nicht glaubte, dass damit ausreichend große und qualitativ hochwertige Kristalle gezüchtet werden könnten. Laut Nikolai konnten NDT-Spezialisten jedoch eine eigene Synthesetechnologie vorschlagen, mit der sie Diamanten von solcher Qualität und Größe erhalten können, die bis zu diesem Zeitpunkt nur durch die Arbeit mit natürlichen Kristallen erreicht werden konnten. In Bezug auf Schneidtechnologien,dann im Labor gezüchtet und natürliche Diamanten werden genauso verarbeitet.





„Natürlich sind wir nicht die einzigen, die Diamanten mit einer Größe von mehr als 5 bis 6 Karat anbauen“, teilt Nikolai mit. - Aber absolut alle Unternehmen halten sich heute an das Prinzip „zwei von drei“: groß, qualitativ hochwertig, wirtschaftlich rentabel. Unser Unternehmen war das erste Unternehmen, das die Technologie zur Herstellung großer Kristalle aus hochwertigem Diamant zu erschwinglichen Kosten beherrschte. Mit 32 Pressen können wir etwa 3.000 Karat pro Monat anbauen. Gleichzeitig sind alle Steine ​​von sehr hoher Qualität Diamanten der Farbkategorien D, E, F und Reinheit vom reinsten IF bis SI, hauptsächlich Typ II. 80% unserer Produkte sind Schmuckdiamanten mit einem Gewicht von 0,5 bis 1,5 Karat, obwohl wir dank technologischer Fähigkeiten maßgeschneiderte Diamanten jeder Größe anbauen können. “ Als Beweis dafür zeigte Nikolai den Reportern einen Kristall von der Größe einer 10-Rubel-Münze: „Dieser ist zum Beispiel 28 Karat groß.Nach dem Schneiden erhalten wir einen Diamanten von 15 Karat. “



Seit Anfang der 2000er Jahre hat das globale Diamantenmonopol, das De Beers-Unternehmen, Bedenken hinsichtlich der Aussicht auf einen Eintritt in den Diamantschmuckmarkt geäußert, der nach Angaben des Managements sein Geschäft untergraben könnte. Aber wie die Zeit gezeigt hat, sind synthetische Diamanten keine Konkurrenten von Natursteinen, da sie im Vergleich dazu einen vernachlässigbaren Teil des Schmuckmarktes einnehmen. Darüber hinaus wurden während der Verbesserung ihrer Produktionstechnologien Forschungsmethoden entwickelt, die es ermöglichten, synthetische Diamanten sicher und genau zu identifizieren. Zu den charakteristischen Merkmalen der Synthese gehören Metalleinschlüsse und Nichteisen-Diamanten - leicht zu definierende Wachstumssektoren. Darüber hinaus weisen Kunststeine, die mit HPHT, CVD-Technologie, im Vergleich zu natürlichen Diamanten in UV-Strahlen erhalten wurden, unterschiedliche Lumineszenzmuster auf.



"Was halten Verbraucher von Diamanten?" Sehr positiv, sagt Nikolai, "besonders die moderne Jugend, für die es sich als wichtig herausstellt, dass diese Diamanten konfliktfrei sind und von Menschen hergestellt werden, die Hochtechnologie verwenden, ohne die Natur zu beeinträchtigen." Nun, und vor allem sind die Kosten für solche Steine ​​ungefähr halb so niedrig. Natürlich sollte das Zertifikat widerspiegeln, dass die Steine ​​gewachsen sind, aber es ist klar, dass der Besitzer des Rings mit einem solchen Diamanten kein Zertifikat tragen muss! Gleichzeitig sind die im NDT-Labor gezüchteten Diamanten hinsichtlich der physikalischen und chemischen Eigenschaften mit den natürlichen identisch “, schloss der Spezialist.

Was ist zwischen Diamant und Stickstoff gemeinsam

Diamanten können je nach Stickstoffgehalt einem von zwei Haupttypen zugeordnet werden. Diamanten vom Typ I enthalten bis zu 0,2% Stickstoff, dessen Atome sich in den Kristallgitterstellen in Gruppen (Ia) oder einzeln (Ib) befinden. Diamanten dieses besonderen Typs überwiegen unter den natürlichen Diamanten (98%). Meistens sind solche Steine ​​nicht farblos. Diamanten vom Typ IIa enthalten praktisch keinen Stickstoff (weniger als 0,001%). Solche Kristalle im Bereich natürlicher Mineralien sind selten, nur 1,8%. Es wurden praktisch keine (in 0,2% der Fälle) stickstofffreien Diamanten mit einer Beimischung von Bor (IIb) gefunden. Boratome in den Knoten des Kristallgitters bestimmen ihre elektrische Leitfähigkeit und verleihen den Diamanten einen bläulichen Farbton.

Diamanten in der industriellen Produktion

Schmuckdiamanten sind für NDT und ähnliche Unternehmen ein sehr profitables Geschäft, aber heute ist ein weiterer deutlicher, vorrangigerer und aller Wahrscheinlichkeit nach langfristiger Trend deutlich zu erkennen. Der technische Direktor von NDT, Alexander Kolyadin, wiederholt gern: "Wenn Sie aus Diamanten nichts anderes machen können, machen Sie einen Diamanten." Tatsächlich ist die Branche die vielversprechendste Marktrichtung für große, hochwertige synthetische Diamanten. „In speziellen Optiken oder Elektronikgeräten kann kein einziger natürlicher Diamant verwendet werden“, sagt Alexander Kolyadin, „da diese zunächst zu viele Defekte aufweisen. Aber die aus den Diamanten unserer Produktion geschnittenen Platten haben ein nahezu perfektes Kristallgitter. Einige Forschungseinrichtungen, denen wir unsere Proben zur Untersuchung zur Verfügung stellen,Sie glauben kaum an die erzielten Messergebnisse - sie sind dem Ideal so nahe. Gleichzeitig ist es möglich, ein weiteres signifikantes Ergebnis zu erzielen - die Wiederholbarkeit der Merkmale sicherzustellen, was für eine Reihe von Industriegebieten von grundlegender Bedeutung ist. Diamanten sind eine Art Kühlkörper, Fenster für spezielle Optiken und Synchrotrons. Es handelt sich um Leistungsmikroelektronik, deren Entwicklung und Verbesserung mittlerweile weltweit funktioniert. “an deren Schaffung und Verbesserung sie jetzt auf der ganzen Welt arbeiten. “an deren Schaffung und Verbesserung sie jetzt auf der ganzen Welt arbeiten. “

Der Löwenanteil der Einnahmenseite des Unternehmensbudgets entfällt weiterhin auf Schmuckdiamanten. Gleichzeitig deuten die aufkommenden Trends darauf hin, dass die Nachfrage nach synthetischen Diamanten und Diamantplatten für spezielle Optiken, Mikroelektronik und andere High-Tech-Industriebereiche in den kommenden Jahren zunehmend zunehmen wird.

„Das Industriegebiet macht bisher 20% unserer Produktion aus, aber in drei Jahren planen wir, es auf 50% zu steigern, zumal die Nachfrage schnell wächst. Jetzt stellen wir hauptsächlich 4 x 4 und 5 x 5 mm große Platten her, schneiden mehrere 7 x 7 und 8 x 8 mm und sogar 10 x 10 mm auf Bestellung, aber es ist noch zu früh, um über die Massenproduktion zu sprechen. Unser nächstes Ziel, sagt Nikolai Khikhinashvili, ist der Übergang zur Herstellung von Zoll-Diamanteinsätzen. Dies ist die „goldene Größe“ und das notwendige Minimum, das in der elektronischen und optischen Massenindustrie sehr gefragt ist. Und um solche Platten zu erhalten, müssen Sie einen Diamantkristall mit einem Gewicht von hundert Karat züchten. " Sie planen, NDT bis Ende dieses Jahres die ersten „Prototypen“ solcher Platten zur Verfügung zu stellen.

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